Физики сообщают, что материальный дителлурид молибдена может содержать сверхпроводящий ток, который вынужден перемещаться по его краю.
Обычно такие сверхпроводящие токи, в которых электричество протекает без потерь энергии, пронизывают весь материал. Но в тонком листе дителлурида молибдена, охлажденном почти до абсолютного нуля, внутренняя часть и край образуют два отдельных сверхпроводника , сообщают физик Най Фуан Онг и его коллеги в журнале Science от 1 мая. Два сверхпроводника «в основном игнорируют друг друга», говорит Онг из Принстонского университета.
Это различие между экстерьером и интерьером делает дителлурид молибдена примером того, что называют топологическими материалами. Их поведение тесно связано с математической областью топологии , в которой формы считаются отличимыми, только если одно не может быть преобразовано в другое без вырезания или слияния . В топологических изоляторах электрические токи могут протекать по поверхности материала, но не по внутренней части, как картофель, покрытый фольгой.
Точно так же топологические сверхпроводники являются сверхпроводящими в их интерьерах и ведут себя по-разному на их поверхностях. Хотя некоторые исследователи подозревали, что топологические сверхпроводники могут также иметь сверхпроводящий ток на своих краях, ни один еще не был найден. Но новое наблюдение «чрезвычайно убедительно», - говорит химик-физик Клаудия Фелсер из Института химической физики твердого тела Макса Планка в Дрездене, Германия, который не принимал участия в исследовании. «Это действительно, действительно супер захватывающе».
Дителлурид молибдена представляет собой металлоподобное соединение, называемое полуметаллом Вейля . Его необычные свойства могут означать, что он может скрывать майорановские фермионы , возмущения в материале, который ученые надеются использовать для создания более качественных квантовых компьютеров. Ожидается, что такие топологические квантовые компьютеры будут противостоять дрожанию, которое ухудшает квантовые вычисления .
В своем эксперименте Онг и его коллеги постепенно увеличили магнитное поле на материале. Они одновременно измеряли, насколько они могли увеличить электрический ток, прежде чем сверхпроводящее состояние было потеряно, значение, известное как критический ток. Когда магнитное поле увеличивалось, критический ток колебался, становясь все больше, меньше и больше снова в повторяющейся схеме - отличительной чертой краевого сверхпроводника.
Колебания проистекают из странной физики сверхпроводников, в которой электроны образуют партнерства, называемые куперовскими парами. Пары действуют как единое целое, все принимают одно и то же квантовое состояние или волновую функцию, которая определяет вероятность обнаружения частицы в определенном месте.
При подключении на концах стример может вращаться один или два раза, но никогда, например, не в 1,2 раза, поскольку концы не будут выровнены. Точно так же фаза должна сделать полное количество скручиваний вокруг материала. Взаимодействие между возрастающим магнитным полем и ограничением скручивания вызывает колебание критического тока.
Классическое исследование 1960-х годов, известное как эксперимент Little-Parks, тесно связано с новой работой. В этом исследовании сверхпроводник в форме цилиндра демонстрировал связанные колебания в изменяющемся магнитном поле. Но в версии Онга и его коллег сверхпроводящий ток протекает по краю твердого куска материала, а не физического цилиндра.
